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Softwarefehler in der Logistik am Beispiel des Denver
Gepäcktransportsystems
Prof. Thomas HuckleInstitut für Informatik
Technische Universität München
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Tacoma Bridge
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London Millenium Bridge
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Denver International Airport
Bau eines Flughafens in Denver, Beginn 1989• Denver International Airport (DIA)• Mayor Webb: "This project is of the same
magnitude as the Panama Canal or theEnglish Channel Tunnel"
• Flughafen der Superlative
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Modell des Flughafens
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Denver International Airport
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Denver International Airport
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Denver International AirportFläche: 53 QuadratmeilenGrundsteinlegung: September 1989
Geplante Eröffnung: 31. Oktober 1993Eröffnung: 28. Februar 1995
(16 Monate Verspätung)
Geplante Kosten für das Transportsystem: $ 193 Millionen
Tatsächliche Kosten: $ 311 MillionenTechnische Universität München
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United Airlines• größte Fluggesellschaft des Flughafens• UA entscheidet sich für ein automatisches
Gepäcktransportsystem • Dezember 1991: United Airlines beauftragt BAE
Automatic Systems, Inc. zum Bau des Systems
Aber: Andere Fluggesellschaften unternehmen kaum Anstrengungen in dieser Richtung.Jede Fluggesellschaft sollte zunächst selbst für ihr Gepäcktransportsystem verantwortlich sein.
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Zwei Jahre später...Wunsch nach einem gemeinsamen
automatischen Transportsystem für den ganzen Flughafen
• Drastische Verkürzung der Bodenzeiten• Schnellere Gepäckausgabe• Manuelle Sortierung ist zu arbeitsintensiv• Überwindung der großen Distanzen am DIA
BAE bekommt Auftrag für flughafenweites Transportsystem
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Ziele des Systems
• Vollautomatischer Lade- und Entlade-vorgang für alle Fluggesellschaften
• Schnelles Zurücklegen der langen Transportwege (27 km Gleis)
• Gepäck benötigt gleiche Zeit wie Passagier selbst ( keine Wartezeiten)
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Design Planung:• 300 Rechner (486er) in 8 Kontrollräumen• Raima Corp. Datenbank auf Netframe NF250 Server• High-Speed Glasfaser Netz• 14 Millionen Fuß Kabel• 56 Lasereinheiten (Bar Code Leser)• 400 Frequenzleser• 22 Meilen Schienen, 6 Meilen Fließband• 3100 Standardwagen und 450 Wagen für Übergrößen,
funk gesteuert, • 60 „Destination Coded Vehicles“ (DCV) pro Minute/Track • 10000 Motoren und 92 PLC‘s (Programmable Logic
Controller) für die Kontrolle der Motoren und der Weichen
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Transport mit Wagen
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Funktionsweise
• Klebe Bar Code Label, bzw. Photozelle, auf Gepäckstück mit Flugnr., Besitzer, Ziel, Zwischenhalt.
• Fließband zum eigentlichen Track.• Anfordern eines leeren Wagen (Funk gesteuerter Telecar).• Dynamic Loading:
Ankommender Wagen verlangsamt auf 4,5 Meilen pro Stunde, Fließband schießt mit „Kanone“ an T-Kreuzung Gepäck auf Wagen; Wagen beschleunigt auf 19 Meilen pro Stunde; Wagen bremst vor Weichen auf 8.5 Meilen pro Stunde ab; jeder Wagen hat Koffereinsatz mit drei Stellungen für Beladen, Transport und Entladen
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Erfassung
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Funktionsweise II
• Beim Beladen liest ein Barcode-Scanner das Label und sendet die Daten an den Sortier-Computer
• Sortier-Computer schlägt Flugnr. aus Tabelle nach und schickt gespeicherte Routing-Information an Führungs-Computer
• Positionsbestimmung und Steuerung des Wagens und der Weichen per Funk
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Netzwerk
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Der Bumerang
War einmal ein Bumerang;War ein Weniges zu lang.
Bumerang flog ein Stück,Aber kam nicht mehr zurück.
Publikum – noch stundenlang –Wartete auf Bumerang.
J. Ringelnatz
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Auftretende Probleme• Kurven in Tunnels zu eng – Entgleisen und
Beschädigungen• Fahrtwind• Fehlerhafte Verschlüsse an Wagen• Schlecht ausgedruckte Labels• Justierung der Barcode-Scanner• Verschmutzung der Photozellen• Stoßstangen interferieren mit Photozellen• Stromausfall
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Auftretende Software Probleme
• Kombination mehrerer Programmiersprachen fehlerhafte Datentyp-Konvertierung,…
• Fehlerhaftes Timing von Wagen und Lade-Kanonen
• Zu schnelle Ausgabe der gedruckten Label• Zu frühes oder zu spätes Losschicken von Wagen• Schwieriges Debugging:
- Nur Trial & Error - Kein Funkverkehr in den Tunnels möglich - Viele verschiedene mögliche Fehler-Ursachen
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Essentielle Probleme
• 10-Megabit Netzwerk zu langsam für Echtzeit-Steuerung
• Komponenten mussten schon an der Leistungsgrenze arbeiten
• Line Balancing: Steuerung der Wagen so, dass - keine vollen Laufbänder entstehen und - keine große Zahl leerer Wagen unterwegs sind
• Gesamtkomplexität
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Auftretende Fehler
• Wegweiser zum Baggage Claim, die auf Betonwand zeigen
• Koffer fliegen aus Wagen• Zerbrochene Koffer, Wäsche blockiert Schienen• Entgleiste Wagen + demolierte Schienen• Zusammenstöße von Wagen, teilweise
orientierungslos• Abladen der Koffer an falscher Station • …….
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Ursachen
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• Erst Gebäudeplanung, insbes. Tunnel, später Baggage Handling
• Erweiterung von UA auf Gesamtsystem• Installieren von BAE, Betrieb aus politischen
Gründen an Aircraft Service International, Miami (Kosten, Arbeitsbedingungen)
• Nachträgliches Verlegen von Gebäuden• Wenig Zeit für Tests und Anlernen• Wenig Personal• Schnittstelle zu Airline Reservierungs-
Computer
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Hauptursachen
• Netzwerk zu langsam• Komplexität der Aufgaben wächst
exponentiell mit der Größe! z.B. Line-Balancing: vgl. öffentliche Verkehrsmittel, Stoßzeiten mit überfüllten Bussen, Verpassen von Anschlüssen, z.B. Anfordern eines leeren Wagens
• Exponentielles Wachstum: 10, 100, 10 000, 108, 1016,…
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Entwicklung
• Viermaliges Verlegen der Flughafeneröffnung aufgrund des nicht funktionierenden Transportsystems
• Reduzierung des Systems: Transportsystem nicht flughafenweit, sondern separat für jedes der 3 Terminals
• Nur die Hälfte der 84 Gates werden versorgt, der Rest mit herkömmlichen System
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Consulting
• Netzwerk durch 100 Megabit ersetzt• Zusätzlich redundante Bauteile• Beschränkung auf Teilbetrieb, 30 DCV pro Min.,
nur Concourse B, nur Start/Ende in Denver• Deutsche Firma Logplan wurde hinzu gezogen,
um Fehler zu finden und das System in modifizierter Form zum Laufen zu bringen
• Auf dieser Basis wurde dann die abgespeckte, funktionierende Version installiert.
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EröffnungEntwicklungsstand zur Eröffnung:• United Airlines ist einzige Fluggesellschaft die
das System nützen kann (Terminal B)• Aber auch hier nur begrenzter Einsatz
– Nur Ankunft und Abflug von Denver– Weiterflüge und Zwischenlandungen werden
manuell verarbeitet • Traditionelles Transportsystem mit manueller
Sortierung am restlichen Flughafen
entspricht 12% der geplanten KapazitätTechnische Universität München
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Zusammenfassung der Fehler
"The main reasons for these problems werethat the complexity of the system exceeded the understanding of thepeople designing and building it."
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Kosten
16 Monate Verspätung: $ 500 000 pro Tag
$ 71 Millionen für Kauf des traditionelles Ersatz-Transportsystem
jeder Passagier muss $ 20 Flughafen-gebühr zahlen
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Literatur
• Schloh: Analysis of the DIA baggagesystem
• de Neufville: The Baggage System at Denver: Prospects and Lessons
• Montealegre et.al.: BAE AutomatedSystems
• Donaldson: A case narrative of theproject problems with the Denver Airport
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Lehren
• Vorsichtige Planung• Berücksichtigung der Komplexität• Kleine Schritte• Genügend Testzeit• Backup-System vorsehen
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Neue Probleme
19. Oktober 2000:• automatische Passagier-U-Bahn fährt am
Hauptterminal vorbei• Sicherheitsmechanismus stoppt Bahn
Ursache: Datenverlust eines Speichers führt zum fehlerhaften Auslesen eines Barcodes, der für das Haltesignal notwendig gewesen wäre
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Neue Probleme II
Januar 2002:Wireless LAN Netzwerke des DIA ohne Verschlüsselung
• Möglichkeit der Datenmanipulation• auch andere amerik. Flughäfen betroffen,
z.B. San Jose
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Daten zu Großprojekten• 55% übersteigen die geplanten Kosten• 68% können den gegebenen Zeitplan nicht
einhalten• 88% benötigen tiefgreifende Änderungen
Hohe Wahrscheinlichkeit des Scheiterns bereits beim Start
• 45% - 80% der Systemkosten entstehen durch WartungsarbeitenSystem muss wartbar sein
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Meilensteine der Softwarefehler
• Ariane 5 (Zahlumwandlung)• Patriot (Rundungsfehler)• INTEL Pentium Divisionsfehler• Mars Climate Orbiter (Einheiten)• Therac-25 (z.B. 8 Bit Zähler)• Stellwerk Altona (zu wenig Speicher)• Wintersturm Lothar oder Ozonloch (Ignorieren von
Messdaten)• Toll Collect• SDI, bzw. MD (Missile Defense)
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Software-Bugs
• Laut INTEL: 80-90 Bugs in Pentium, genauso viele wie bei den Vorgängern.
• Normale Software: 25 Fehler pro 1000 Programmzeilen.
• Gute Software: 2-3 Fehler pro 1000 Zeilen.• Space Shuttle Software: weniger als 1 Fehler
pro 1000 Zeilen (laut NASA)
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• Beispiel Handy: 200 000 Zeilen Programm ca. 500 Fehler
• Beispiel Space Shuttle Software:3 Mill. Zeilen ca. 300 Fehler
• Beispiel Windows 2000: 27 Mill. Zeilen ca. 50 000 Fehler
• Beispiel SDI (Raketenabwehr USA):25-100 Mill. Zeilen 10 000 Fehler
Stichwort Bananensoftware: Lass die Software beim Kunden reifen!
It´s not a bug, it´s a feature!Quelle: Ingolf Giese, GSI DarmstadtTechnische Universität München
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Ursachen von Software-Bugs- Offensichtliche Fehler (Tipp~, Konzeptions~)- Fehlende Sicherheitsabfragen (unvorhergesehene Fälle treten
auf; Division durch Null, Typumwandlung,…)- Schnittstellen- ~ (Programmteile passen nicht zusammen)- Fehlinterpretation von Ein/Ausgabe-Daten- Ungeprüfte Wiederverwendung alten Codes (Ariane 5)- Software und Hardware passen nicht (mehr) zusammen- Computerentwicklung wesentlich schneller als die Entwicklung
der restlichen Technologie (NASA)- Numerische Rundungsfehler- Nicht ausreichende Tests- Gigantismus/Komplexität- Unterschätzen der Aufgabenstellung
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